Родился 21 июня 1962 г. в Ленинграде (ныне — Санкт-Петербург). Отец, Роберт Максимович Цой (род. 1938), работал инженером. Мать, Валентина Васильевна (1937-2009, девичья фамилия Гусева), преподавала физкультуру в школе. Дед Виктора Цоя Максим Петрович (Цой Сын Дюн) был этническим корейцем и до депортации в Казахскую ССР (ныне — Казахстан) в 1937 г. жил в Приморье. После возвращения из депортации он работал милиционером.
В детстве Виктор Цой увлекался рисованием и музыкой. Учился в художественной школе, в 1977 г. поступил в Ленинградское художественное училище им. В. А. Серова (ныне — Санкт-Петербургское художественное училище им. Н. К. Рериха). В 1978 г. был отчислен за неуспеваемость, после чего устроился штамповщиком на завод. В 1979-1982 гг. учился в ленинградском ПТУ-61 по специальности «резчик по дереву».
В 1983 г., после окончания училища, чтобы не попасть в армию, Цой провел полтора месяца в психиатрической лечебнице. После этого, чтобы избежать наказания по статье 209 УК РСФСР («Тунеядство»), в разное время работал на реставрации Екатерининского дворца (гор. Пушкин, Ленинградская область), занимался изготовлением деревянных скульптур для детских площадок, был уборщиком в бане и кочегаром в котельной.
Еще в 1976 г., учась в художественной школе, Цой организовал свою первую музыкальную группу — «Палата номер 6». В 1979 г. был записан единственный альбом под названием «Слонолуние», коллектив распался в 1981 г.
В 1981 г. Виктор Цой вместе с Алексеем Рыбиным и Олегом Валинским основал группу «Гарин и Гиперболоиды». В начале 1982 г. коллектив был официально принят в члены Ленинградского рок-клуба, вскоре группа сменила название на «Кино». Впоследствии членами коллектива были также Юрий Каспарян, Георгий Гурьянов, Александр Титов, Игорь Тихомиров и другие музыканты.
Весной 1982 г. группа «Кино» при участии Бориса Гребенщикова и музыкантов группы «Аквариум» записала свой первый альбом под названием «45». Всего при жизни Цоя было выпущено восемь альбомов: «46» (1983), «Начальник Камчатки» (1984), «Это не любовь» (1985), «Ночь» (1986), «Группа крови» (1988), «Последний герой» (1989) и «Звезда по имени Солнце» (1989).
Виктор Цой был вокалистом и гитаристом, автором практически всей музыки и текстов группы «Кино». Во второй половине 1980-х гг., в особенности после выхода альбома «Группа крови», коллектив приобрел широкую популярность в СССР, регулярно проводил концерты и гастроли, неоднократно становился лауреатом на фестивалях Ленинградского рок-клуба. Записи «Кино» распространялись миллионными тиражами, гастрольные концерты собирали десятки тысяч слушателей на стадионах. Виктор Цой стал символом эпохи перестройки.
Песни Виктора Цоя вошли в первый сборник советской рок-музыки, изданный на Западе под названием Red Wave («Красная волна»; 1986). В 1989 г. группа «Кино» впервые дала концерт за рубежом — в Копенгагене (Дания).
Виктор Цой снялся в фильмах «Конец каникул» (1986, режиссер Сергей Лысенко), «Асса» (1987, Сергей Соловьев), «Игла» (1988, Рашид Нугманов), а также в нескольких документальных лентах о русском роке. Был признан лучшим актером 1989 г. по результатам опроса журнала «Советский экран».
Последний концерт Виктора Цоя и группы «Кино» состоялся 24 июня 1990 г. в Москве на стадионе «Лужники». 15 августа 1990 г. музыкант погиб в автокатастрофе. Он возвращался с рыбалки во время отдыха в Латвийской ССР (ныне — Латвия) и, находясь за рулем автомобиля «Москвич-2141», не справился с управлением. Автомобиль столкнулся с рейсовым автобусом, двигавшимся ему навстречу. 19 августа 1990 г. Виктор Цой был похоронен на Богословском кладбище в Ленинграде.
После гибели музыканта, в конце 1991 г., был выпущен девятый альбом группы — «Кино», известный также как «Черный альбом». Постоянные памятники Виктору Цою установлены в Латвии (на месте его гибели) и Барнауле. В Москве в Кривоарбатском переулке расположена стена памяти музыканта. Мемориалы, подобные московской «Стене Цоя», существуют и в некоторых других городах России и стран СНГ.
С 1984 г. был женат на Марианне Цой (1959-2005). Сын Александр (род. 1985) — музыкант, журналист, колумнист сайта телеканала RT.